[논문 리뷰] On emergence from the perspective of physical science

Joon-Young Moon, Eric LaRock|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 16.

Philosophy and History of Science참고 문헌 17인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 물리계에서의 분화가 대칭성 파괴를 통해 발생하며, 특히 미시적 수준과 매크로 수준 간의 파기된 소속 관계를 통해 일어난다고 제안한다. 자발적 대칭성 파괴와 히스테리시스를 연결하는 세 가지 추측을 제시하여, 새로운 분화주의 철학의 물리학적 및 과학 철학적 함의를 설명하기 위해 대칭성-비대칭성 프레임워크를 제시한다.

ABSTRACT

In this paper, we summarize the development of the concept of emergence in physical science and propose key concepts of emergence in the form of conjectures. Our conjectures are threefold: I. A system having a broken-symmetry in membership relation with respect to micro and macro scales can have emergent properties. II. Spontaneous symmetry-breaking is an example of an emergent property. III. The phenomenon of hysteresis accompanies spontaneous symmetry-breaking. We argue that these conjectures and their relationship can illuminate the concept of emergence from the perspective of symmetry breaking.

연구 동기 및 목표

• 미시적 수준과 매크로 수준 간의 대칭성 파괴와 파기된 소속 관계를 통해 물리 과학에서의 분화 개념을 재구성한다.
• 물리 현상에 기반한 검증 가능한 추측을 제안하여 새로운 분화주의 철학의 형식화를 도모한다.
• 분화된 성질이 미시적 수준의 법칙과는 다를 뿐 아니라 대칭성-비대칭성 관계를 통해 철학적 실재성의 동등한 지위를 가질 수 있음을 명확히 한다.
• 퀴리의 원리와 재규격화 군 이론이 분화 현상의 타당성을 검증하는 데 어떻게 기여하는지 분석한다.
• 분화가 경험적으로 지지되며, 잠재적으로 실재적일 수 있음을 주장하며, 이를 위한 경험적 확인이 남아 있다.

제안 방법

• 세 가지 추측을 통한 분화의 형식화: (I) 미시적 수준과 매크로 수준 간의 대칭성 파괴는 분화를 가능하게 한다; (II) 자발적 대칭성 파괴는 자체적으로 분화된 성질이다; (III) 히스테리시스는 자발적 대칭성 파괴와 함께 나타난다.
• 피에르 퀴리의 대칭성 원리를 적용하여 대칭적인 원인과 비대칭적인 결과 간의 인과관계를 분석한다.
• 계층적 실재주의를 구조적 프레임워크로 활용: 수준 Y의 구성 요소는 수준 X의 전체의 부분집합이지만, 전체는 그 구성 요소들의 부분집합이 아니다.
• 재규격화 군(RG) 이론을 활용하여, 미세 구조적 매개변수에 의존하지 않고도 매크로 수준의 성질이 어떻게 기인하는지 보여준다.
• 상전이와 임계 현상 분석을 통해 대칭성 파괴와 분화의 물리적 사례를 제공한다.
• 포퍼주의 기준에 따라 분화의 인지적 지위를 평가하며, 반증 가능성과 이론적 일관성을 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미시적 수준과 매크로 수준 간의 소속 관계에서의 대칭성 파괴는 물리계의 분화된 성질을 설명할 수 있는가?
• RQ2 자발적 대칭성 파괴는 자체적으로 분화 현상인가? 만약 그렇다면, 미시적 수준의 동역학과는 어떻게 다를 수 있는가?
• RQ3 히스테리시스 현상은 자발적 대칭성 파괴의 물리적 징후로서 분화를 나타내는가?
• RQ4 퀴리의 대칭성 및 비대칭성 원리는 매크로 수준의 분화된 성질의 인과 기원을 어느 정도까지 정당화할 수 있는가?
• RQ5 재규격화 군 이론은 미세 구조적 세부 사항에 의존하지 않는 새로운 매크로 수준의 법칙이 어떻게 기인하는지를 이론적으로 기제화할 수 있는가?

주요 결과

• 논문은 미시적 수준과 매크로 수준 간의 소속 관계에서의 대칭성 파괴가 분화된 성질이 나타나기 위한 필수 조건임을 제안한다.
• 자발적 대칭성 파괴는 분화된 성질로 제안되며, 이는 단지 미시적 수준의 법칙으로부터 유도될 수 없기에 새로운 분화주의 철학을 지지한다.
• 히스테리시스는 자발적 대칭성 파괴의 물리적 연관성으로서, 분화된 상태의 불가역성과 새로운 성질을 강화한다.
• 퀴리의 원리는 원인이 비대칭일 때 결과도 비대칭이 되어야 한다고 지지하지만, 반대는 성립하지 않으며, 결과가 원인보다 더 대칭적일 수 있다.
• 재규격화 군 이론은 매크로 수준의 성질이 미세 구조적 세부 사항에 의존하지 않고 기인할 수 있음을 이론적으로 기제화하며, 더 높은 수준에서의 보편적이고 새로운 법칙의 존재를 지지한다.
• 어떤 이론도 절대적으로 참임을 증명할 수는 없지만, 현재의 프레임워크는 반증 가능하며 인지적으로 타당한 근거를 제공하여 분화가 현재 과학적 이해의 범위 내에서 실재적일 수 있음을 지지한다.